2018-2019學(xué)年高中物理 第十二章 機(jī)械波 第4節(jié) 波的衍射和干涉課件 新人教版選修3-4.ppt

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4波的衍射和干涉,讀一讀,辨一辨,一、波的衍射閱讀教材第33頁,知道波的衍射的定義及發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。1.什么是波的衍射?答案：波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播,這種現(xiàn)象叫作波的衍射。2.能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么?答案：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多,或者比波長更小時,才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。,讀一讀,辨一辨,二、波的疊加與波的干涉閱讀教材第33~35頁,了解波的疊加原理、波的干涉現(xiàn)象、產(chǎn)生干涉的條件。1.什么是波的疊加原理?答案：幾列波相遇時能夠保持各自的運(yùn)動特征,繼續(xù)傳播,在它們重疊的區(qū)域里,介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時參與這幾列波引起的振動,質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時引起的位移的矢量和。2.什么是波的干涉?答案：頻率相同的兩列波疊加時,某些區(qū)域的振幅加大、某些區(qū)域的振幅減小,這種現(xiàn)象叫作波的干涉。3.能發(fā)生明顯干涉現(xiàn)象的條件是什么?答案：(1)兩列波的頻率必須相同。(2)兩個波源的相位差必須保持不變。,讀一讀,辨一辨,1.思考辨析。(1)“聞其聲而不見其人”說明聲波能發(fā)生衍射,而光卻不能發(fā)生衍射。()解析：光是一種電磁波,與聲波一樣都能發(fā)生衍射現(xiàn)象,只是光的波長太小,衍射現(xiàn)象很不明顯。答案：(2)將一個音叉敲響,人圍繞它走一周,將聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音。()解析：這是聲波的干涉現(xiàn)象。干涉現(xiàn)象是振動加強(qiáng)與振動減弱的區(qū)域互相間隔且分布穩(wěn)定的現(xiàn)象。答案：√,讀一讀,辨一辨,(3)兩列波疊加時,質(zhì)點(diǎn)的總位移一定變大。()解析：總位移是兩個位移的矢量和,所以疊加區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)的位移可能增大,也可能減小。答案：2.探究討論。(1)教材波的衍射的演示中圖12.4-1中甲、乙哪個圖象衍射現(xiàn)象更明顯?答案：乙圖象衍射現(xiàn)象更明顯。(2)醫(yī)院中探測儀器“B超”為什么用超聲波而不用普通聲波?答案：超聲波的波長短,不易發(fā)生衍射,故波能反射回來并被接收。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,對波的衍射現(xiàn)象的理解在浙江歌舞劇院建院50周年的紀(jì)念活動中,評委隔著布?；蛳渥幼龀傻母魯鄡A聽選手們的演奏。評委為什么可以隔著隔斷聽到優(yōu)美的樂聲呢?要點(diǎn)提示：這是聲波的衍射現(xiàn)象。聲波在傳播過程中遇到障礙物時,可以繞過障礙物繼續(xù)傳播。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,1.衍射是波特有的現(xiàn)象(1)一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象,只是有的明顯,有的不明顯。(2)波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似。(3)波長較長的波容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象。2.關(guān)于衍射的條件應(yīng)該說衍射是沒有條件的,衍射是波特有的現(xiàn)象,一切波都可以發(fā)生衍射。衍射只有“明顯”與“不明顯”之分,障礙物或小孔的尺寸跟波長差不多,或比波長小是產(chǎn)生明顯衍射的條件。3.波的衍射實質(zhì)分析波傳到小孔(障礙物)時,小孔(障礙物)仿佛是一個新波源,由它發(fā)出的與原來同頻率的波在小孔(障礙物)后傳播,就偏離了直線方向。波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似情況。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,4.衍射現(xiàn)象與觀察的矛盾當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長時盡管衍射十分突出,但由于衍射波的能量很弱,衍射現(xiàn)象不容易觀察到。衍射現(xiàn)象總是存在的,只是有明顯和不明顯的差異。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,【例題1】觀察水面波衍射的實驗裝置如圖所示,AC和BD是兩塊擋板,AB是一個孔,O是波源,圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況,每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個波長,則波經(jīng)過孔之后的傳播情況,下列描述正確的是()A.此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象B.擋板前后波紋間距離相等C.如果將孔AB擴(kuò)大,有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象D.如果孔的大小不變,使波源頻率增大,能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,解析：從題圖中可看出孔AB的尺寸小于一個波長,所以此時能明顯地觀察到波的衍射現(xiàn)象,選項A正確;因為穿過擋板小孔后的波速不變,頻率相同,所以波長也相同,選項B正確;若將孔AB擴(kuò)大,將可能不滿足發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,就有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象,選項C正確;若將波源頻率增大,由于波速不變,所以波長變小,將可能不滿足發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,就有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象,選項D錯誤。答案：ABC歸納總結(jié)對波的衍射條件的理解障礙物或孔的尺寸大小并不是決定衍射能否發(fā)生的條件,僅是衍射現(xiàn)象能否明顯表現(xiàn)的條件。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,變式訓(xùn)練1如圖所示,正中O是水面上一波源,實、虛線分別表示該時刻相鄰的波峰、波谷,A是擋板,B是小孔,經(jīng)過一段時間,水面上的波形將分布于()A.整個區(qū)域B.陰影Ⅰ以外區(qū)域C.陰影Ⅱ以外區(qū)域D.陰影Ⅲ以外區(qū)域,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,解析：由題圖中可直觀看出,半波長為實虛兩圓半徑之差,且可看出擋板A的尺寸比波長大得多,而小孔B與波長長度差不多。據(jù)波發(fā)生明顯衍射的條件知,該波在擋板A處的衍射現(xiàn)象很不明顯,即可認(rèn)為波沿直線傳播,故Ⅰ區(qū)內(nèi)水面無波形,故選項A、C、D不正確;該波的波長與小孔B差不多,能夠發(fā)生明顯的衍射,故在陰影區(qū)Ⅱ、Ⅲ之內(nèi)明顯存在衍射波的波形,故選項B正確。答案：B,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,對波的疊加、波的干涉現(xiàn)象的理解如圖所示,操場中兩根豎直桿上各有一個揚(yáng)聲器,接在同一擴(kuò)音機(jī)上,一位同學(xué)沿著AB方向走來,他聽到的聲音會有什么變化?為什么?要點(diǎn)提示：聲音忽強(qiáng)忽弱,因為聲波發(fā)生了干涉現(xiàn)象。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.波的獨(dú)立傳播:幾列波相遇時能夠保持各自的運(yùn)動特征,繼續(xù)傳播,即各自的波長、頻率等保持不變。2.關(guān)于干涉的條件:波的疊加是無條件的,任何頻率的兩列波在空間相遇都會疊加。但穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的,必須是兩列波的頻率相同、相位差恒定。如果兩列波的頻率不相等,在相遇的區(qū)域里不同時刻各質(zhì)點(diǎn)疊加的結(jié)果都不相同,看不到穩(wěn)定干涉圖樣。3.關(guān)于加強(qiáng)點(diǎn)(區(qū))和減弱點(diǎn)(區(qū)):(1)加強(qiáng)點(diǎn):在某些點(diǎn)兩列波引起的振動始終加強(qiáng),質(zhì)點(diǎn)的振動最劇烈,振動的振幅等于兩列波的振幅之和,即A=A1+A2。(2)減弱點(diǎn):在某些點(diǎn)兩列波引起的振動始終相互削弱,質(zhì)點(diǎn)振動的振幅等于兩列波的振幅之差,即A=|A1-A2|。若兩列波振幅相同,質(zhì)點(diǎn)振動的合振幅就等于零,并不振動,水面保持平靜。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,4.干涉圖樣及其特征:(1)干涉圖樣:如圖所示。,(2)特征:①加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變;②加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng),減弱區(qū)始終減弱(加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時間變化);③加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔。若兩波源振動步調(diào)相同,某點(diǎn)到兩波源的距離差為半波長的奇數(shù)倍時振動減弱,為半波長的偶數(shù)倍時振動加強(qiáng)。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題2】導(dǎo)學(xué)號73884067波源S1和S2的振動方向相同,頻率均為4Hz,分別置于均勻介質(zhì)中x軸上的O、A兩點(diǎn)處,OA=2m,如圖所示。兩波源產(chǎn)生的簡諧橫波沿x軸相向傳播,波速為4m/s。已知兩波源振動的初始相位相同。求:(1)簡諧橫波的波長。(2)O、A間合振動振幅最小的點(diǎn)的位置。【思考問題】到波源距離是多少的點(diǎn)振動是減弱的?提示：到S1和S2路程差是半波長的奇數(shù)倍的點(diǎn),振動是減弱的。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析：(1)設(shè)簡諧橫波波長為λ,頻率為f,則v=λf,代入已知數(shù)據(jù),得λ=1m。(2)以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn),設(shè)P為OA間的任意一點(diǎn),其坐標(biāo)為x,則兩波源到P點(diǎn)的波程差Δl=x-(2-x),0≤x≤2,其中x、Δl以m為單位。,答案：(1)1m(2)x=0.25m,0.75m,1.25m,1.75m,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練2下圖表示兩個相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇。圖中實線表示某時刻的波峰,虛線表示的是波谷,下列說法正確的是()A.a、c兩點(diǎn)的振動加強(qiáng),b、d兩點(diǎn)的振動減弱B.e、f兩點(diǎn)的振動介于加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)之間C.經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r間后,加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置互換D.經(jīng)半個周期后,原來位于波峰的點(diǎn)將位于波谷,原來位于波谷的點(diǎn)將位于波峰,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析：波的干涉示意圖所示的僅是某一時刻兩列相干波疊加的情況。形成干涉圖樣的所有介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)都在不停地振動著,其位移的大小和方向都在不停地變化著。但要注意,對于穩(wěn)定的干涉圖樣,振動加強(qiáng)和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的。a點(diǎn)是波谷和波谷相遇的點(diǎn),c點(diǎn)是波峰和波峰相遇的點(diǎn),都是振動加強(qiáng)的點(diǎn);而b、d兩點(diǎn)都是波峰和波谷相遇的點(diǎn),是振動減弱的點(diǎn),故選項A正確;e點(diǎn)位于加強(qiáng)點(diǎn)的連線上,為加強(qiáng)點(diǎn),f點(diǎn)位于減弱點(diǎn)的連線上,為減弱點(diǎn),故選項B錯誤;相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的,不會隨時間變化,故選項C錯誤;因形成干涉圖樣的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)也是不停地做周期性振動,經(jīng)半個周期步調(diào)相反,故選項D正確。答案：AD,1234,,,,,1.(考查產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件)以下關(guān)于波的衍射的說法正確的是()A.波遇到障礙物時,一定會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象B.當(dāng)障礙物的尺寸比波長大得多時,衍射現(xiàn)象很明顯C.當(dāng)孔的大小比波長小時,衍射現(xiàn)象很明顯D.只有當(dāng)障礙物的尺寸與波長相差不多時,才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象解析：凡是波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象,不過有時衍射現(xiàn)象明顯,有時衍射現(xiàn)象不明顯。只有當(dāng)縫、孔或障礙物的尺寸跟波長相差不多或比波長更小時,才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。答案：C,1234,,,,,2.(考查波的干涉現(xiàn)象)下列現(xiàn)象屬于波的干涉現(xiàn)象的是()A.面對障礙物大喊一聲,過一會聽見自己的聲音B.將一個音叉敲響,人圍繞它走一周,將聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音C.在障礙物的后面可以聽到前面的人說話的聲音D.一人敲一下長鋼管的一端,另一人緊貼長鋼管的另一端,先后聽到兩次聲音答案：B,1234,,,,,3.導(dǎo)學(xué)號73884068(考查波的干涉特征)兩列波相疊加產(chǎn)生了穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象,得到了干涉圖樣,以下關(guān)于干涉的說法錯誤的是()A.兩列波的頻率一定相等B.振動加強(qiáng)區(qū)與振動減弱區(qū)總是相互間隔的C.振動加強(qiáng)區(qū)與振動減弱區(qū)交替變化D.振動加強(qiáng)區(qū)在空間的位置一直不變解析：發(fā)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象時,振動加強(qiáng)和振動減弱的區(qū)域是穩(wěn)定的,加強(qiáng)的區(qū)域總是加強(qiáng),減弱的區(qū)域總是減弱,故選項C說法錯誤。答案：C,1234,,,,,4.(考查干涉圖樣)兩個相干波源發(fā)出的兩列波分別用不同的同心圓表示,其波峰用實線表示,波谷用虛線表示。某一時刻兩列波在空間傳播的情況如圖所示,在兩列波相遇的空間中有M、N、Q、K四點(diǎn),則振動加強(qiáng)的點(diǎn)是,振動減弱的點(diǎn)是。解析：當(dāng)波峰和波峰疊加或波谷和波谷疊加時,振動加強(qiáng)。當(dāng)波峰和波谷疊加時,振動減弱。在圖中M點(diǎn)為波峰和波峰疊加,振動加強(qiáng);N、Q點(diǎn)為波谷和波谷疊加,振動加強(qiáng);K點(diǎn)是波峰和波谷疊加,振動減弱。答案：M、N、QK,